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Submitted on 28 May 2020
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Performances des rotations à base de cultures
fourragères en termes de gaz à effet de serre (GES) et bilan carbone
Abad Chabbi, Nimai Senapati, André Giostri, Francoise Vertès, Marco Carozzi, Gilles Lemaire, Francois Gastal, Sylvie Recous, Katja Klumpp, Raia
Silvia Massad, et al.
To cite this version:
Abad Chabbi, Nimai Senapati, André Giostri, Francoise Vertès, Marco Carozzi, et al.. Performances des rotations à base de cultures fourragères en termes de gaz à effet de serre (GES) et bilan carbone.
Fourrages, Association Française pour la Production Fourragère, 2015, pp.241-248. �hal-01219585�
L
a combinaison de l’intensification et de la simplifica- tion des systèmes agricoles, principalement dans les pays industrialisés, a généré des impacts extrême- ment négatifs sur le sol, la qualité des eaux et l’environnement en général (TILMANet al., 2002). La compé- titivité sur le marché mondial semble être basée sur laspécialisation et l’augmentation de la taille des exploita- tions. Or, selon LEMAIREet al.(2014), nous postulons que les impacts environnementaux négatifs engendrés par l’agriculture moderne sont davantage liés à la faible diver- sité au sein des systèmes de production (simplification) qu’à son niveau de productivité. De plus, la spécialisation
AUTEURS
1 : INRA, Unité de Recherches Pluridisciplinaires sur la Prairie et les Plantes Fourragères, F-86600 Lusignan ; [email protected]
2 : INRA, UMR ECOSYS, F-78850 Thiverval-Grignon 3 : INRA, UE FERLUS, F-86600 Lusignan
4 : INRA, UMR SAS, 4, rue Stang Vihan, F-29000 Quimper 5 : INRA, UMR FARE, 2, Esplanade R. Garros, F-51100 Reims 6 : UREP Site de Crouel, F-63039 Clermont-Ferrand
MOTS CLÉS: Azote, carbone, expérimentation longue durée, fertilisation azotée, gaz à effet de serre, lessivage, matière organique, micro-organisme, nitrate, prairie, retournement du couvert végétal, rotation culturale, sol, stockage du carbone, système de culture.
KEY-WORDS: Carbon, carbon storage, crop succession, crop system, grassland, greenhouse - effect gas, leaching, long-duration expériments, microorganism, nitrate, nitrogen, nitrogen fertilisation, organic matter, ploughing-up of vegetal cover, soil.
RÉFÉRENCE DE L’ARTICLE: Chabbi A., Senapati N., Giostri A., Vertès F., Carrozi M., Lemaire G., Gastal F., Recous S., Klumpp K., Massad R.S., Rumpel C. (2015) : “Performances des rotations à base de cultures fourragères en termes de gaz à effet de serre (GES) et bilan de carbone”, Fourrages, 223, 241-248.
Performances des rotations à base de cultures
fourragères en termes de gaz à effet de serre (GES) et bilan de carbone
A. Chabbi
1, 2, N. Senapati
1, A. Giostri
1, F. Vertès
3, M. Carrozi
2, G. Lemaire
1, F. Gastal
4, S. Recous
5, K. Klumpp
6, R.S. Massad
2, C. Rumpel
2La nécessité d’accroître la production agricole à travers le monde paraît en contradiction avec l’urgence de réduire les impacts environnementaux de l’agriculture intensive. Les systèmes intégrant agriculture et élevage sont une stratégie appropriée : les résultats expérimentaux de longue durée illustrent le potentiel de ces systèmes, de niveau supérieur de diversité.
RÉSUMÉ
L’intensification des systèmes, et leur spécialisation, conduit au découplage des cycles du carbone et de l’azote, favorisant les pertes dans l’environnement. Un compromis entre intensification et préservation de l’environnement est apporté par les systèmes avec rotations prairies - cultures annuelles. Les prairies permettent de stocker du C, limitent les flux d’azote vers l’eau du sol et l’air, même avec une fertilisation azotée de 100-200 kg N/an. Les phénomènes de réorganisation par les microbes du sol sont complexes et dépendent des conditions climatiques. Le retournement des prairies accélère brutalement la dégradation de la matière organique du sol mais son effet sur l’environnement peut être atténué. L’étude des flux de C et de N sur un dispositif de longue durée confirme ces résultats.
SUMMARY
Use of ley-arable rotations improves greenhouse gas (GHG) emissions and carbon balance
The intensification and specialisation of farming systems leads to the decoupling of the carbon and nitrogen cycles, which results in nutrients being lost to the environment. The use of ley-arable rotations can help strike a better balance between intensification and environmental preservation.
Pastures can be used to enhance C storage and limit flows of N to wet soils and the air, even when nitrogen fertilisation levels reach 100-200 kg N/year. Soil bacteria process nutrients in complex, climate-dependent ways. When pastures are ploughed up, soil organic matter swiftly degrades;
however, the resulting environmental effects can be mitigated. Research on C and N flows at a long-term study site supports these findings.
des exploitations agricoles accroît les risques liés à la vola- tilité des prix (MILESTADTet al., 2012). Ainsi, le paradigme de spécialisation - intensification comme unique voie de déve- loppement agricole doit être remis en cause (EVANS, 2009) en rompant le lien historique entre intensification et spé- cialisation et en cherchant à accroître la diversité au sein des systèmes de production, ce qui permettrait de réconci- lier production agricole et qualité de l’environnement (LEMAIREet al., 2015). La simplification - spécialisation des systèmes de production agricole a été obtenue par la sépa- ration entre élevage et production céréalière.
L’intensification séparée de ces deux systèmes abou- tit, pour chacun et dans des régions différentes, à des impacts environnementaux (causé principalement par un découplage de C-N-P, voir ci-dessous) qui ne sont plus acceptables (SUTTONet al., 2011). L’intensification éco- logique de l’agriculture nécessite la diversification à tous les niveaux d’organisation: la parcelle, où les pro- cessus biogéochimiques opèrent ; l’exploitation, où les décisions de gestion sont prises ; le paysage, où les pro- cessus écosystémiques et les interactions entre les modes d’utilisation des terres se produisent ; et la région ou le continent, où les contraintes socio-économiques et poli- tiques sont des forces motrices (LEMAIRE et al., 2014).
L’association de l’élevage des herbivores basé sur les prai- ries avec les systèmes de cultures annuelles permet d’augmenter le niveau de diversité. Grâce aux interac- tions spatiales et temporelles permises entre les divers composants des systèmes de culture, l’intégration agri- culture - élevage permet de fournir un certain nombre de services écosystémiques essentiels tels que l’amélioration de la structure du sol, la qualité de l’eau, les cycles des éléments nutritifs, la séquestration de carbone et, in fine, la réduction des GES, toutes fonctions nécessaires à une production agricole durable.
Notre objectif dans cet article est d’illustrer, au moyen de résultats expérimentaux de longue durée, l’ef- fet de l’introduction de séquences de prairies dans les rotations céréalières sur la production de ces services écosystémiques.
1. Enjeux du couplage des cycles biogéochimiques dans les prairies
Du point de vue des cycles biogéochimiques qui régulent les flux environnementaux vers l’atmosphère et vers l’hydrosphère, la végétation herbacée pérenne des prairies permet un couplage étroit entre le cycle de C et le cycle de N. Ce couplage se réalise à deux niveaux : grâce à la photosynthèse et à l’assimilation de l’azote produisant la matière organique et grâce à l’activité rhizo- sphérique qui favorise la synthèse de corps microbiens dans le sol (MURPHYet al., 2003). L’azote minéral, qui est soumis en permanence à l’absorption par les plantes et à la réorganisation par les microbes du sol, a donc un temps de résidence très faible dans le sol sous prairie, ce qui empêche son accumulation et évite donc les pertes par lixiviation. Cette capacité de « rétention » de l’azote par la
prairie est elle-même déterminée par sa capacité de séquestration et stockage du carbone grâce au couplage intime entre les cycles de ces deux éléments. Lorsque la prairie est pâturée, il y a un découplage important de C et de N viala consommation de la plante par l’animal, qui va produire de l’azote et du carbone facilement disponibles sous des formes séparées (urine, fèces). Le découplage C - N par les animaux, que ce soit au pâturage ou à l’étable (effluents), peut progressivement contrebalancer la capacité du couplage C - N du système sol - végétation, nécessitant un compromis entre la production et les objectifs environnementaux.
Les rotations cultures céréalières - prairies permet- taient de bénéficier des effets précédents des prairies (SÉBILLOTTE, 1980 ; VERTÈSet al., 2007) et du recyclage de l’azote et d’autres éléments par les animaux au pâturage ou par l’application d’effluents animaux sur les cultures.
Ces rotations ont été la base de ce qu’on appelle le «ley farming», type de systèmes agricoles développés depuis longtemps dans de nombreuses régions du monde. Ces systèmes, basés sur la rotation des cultures avec des légumineuses ou graminées étaient efficaces pour amé- liorer la structure et la fertilité du sol. Aujourd’hui, pour faire face au défi de la restauration de la qualité de l’en- vironnement, la réintroduction des prairies dans les systèmes de grandes cultures offre un certain nombre de possibilités pour concilier la productivité avec les autres services écosystémiques (FRANZLUEBBERS et al., 2011, 2012 ; LEMAIREet al., 2011).
2. Bénéfices permis par l’introduction de prairies temporaires
dans les systèmes de culture
■ Séquestration du carbone
Les surfaces en prairies sont reconnues pour accu- muler de la matière organique (MO) dans les sols (BOUWMAN, 1990 ; CASELLA et SOUSSANA, 1997) et donc stocker et séquestrer du carbone à relativement long terme, contribuant ainsi à limiter l’augmentation du CO
2
atmosphérique et ses conséquences en termes de réchauffement climatique. Cette capacité de stockage et de séquestration de carbone dans le sol est plus impor- tante sous prairies que dans les terres cultivées (CONANT
et al., 2001 ; GUO et GIFFORD, 2002 ; VER TÈS et MARY, 2007 ; FRANZLUEBBERS, 2010). Par ailleurs, les rotations cultures céréalières - prairie peuvent favoriser une capacité de stockage intermédiaire de Centre ces deux extrêmes en raison des conditions fluctuantes de la perte pendant la phase de récolte sous culture et le gain au cours des phases fourragères comme le montre la figure 1.
Le retournement de la prairiecontribue à la redis- tribution des matières organiques des sols (MOS) de surface à l’intérieur de la couche arable, accélérant ainsi l’activité microbienne du sol et l’aération qui conduit à la A. Chabbi et al.
dégradation rapide et intense des MOS (RUMPEL, 2011).
Les pertes de carbone augmentent avec la fréquence de travail du sol (CONANTet al., 2007). Au cours de la phase de présence de la prairie, le sol accumule souvent le C à un rythme plus lent que le taux de perte de C sous cul- ture après labour (ARROUAYSet al., 2002 ; VER TÈS et al., 2007 ; JONESet DONNELLY, 2004). Avec l’âge de la prairie, à modalités d’utilisation constantes, le taux d’accumula- tion de carbone du sol ralentit et se stabilise autour d’un seuil relativement constant (CONANTet al., 2001 ; JONESet DONELLY, 2004 ; RUMPEL et CHABBI, 2010) (figure 2). Il s’avère donc que la capacité de séquestration de C dans les sols de prairies serait limitée dans le temps mais sta- ble si elle est accompagnée d’une gestion judicieuse de la prairie (SMITH, 2014 ; RUMPELet al., 2015).
Le système d’expérimentation SOERE-ACBB (http://www.soere-acbb.com/ ; sites de Lusignan) a été conçu et est spécifiquement équipé pour évaluer l’effet de la gestion de la prairie temporaire sur le stockage - dés- tockage de C, l’émission de N
2O par les bactéries du sol, les flux hydriques et leur qualité vers les nappes. Les pre- miers résultats montrent, en moyenne sur 6 années (2005-2010) de mesure en continu de flux de CO
2, que le stockage annuel net de C (NCS) est de l’ordre de 23 g C/m2/an (tableau 1). En revanche, le retournement de cette prairie et l’implémentation de la séquence de culture entre 2011-2013 (maïs, blé, orge) ont contribué à une
perte nette de C de l’ordre de - 333 g C/m2/an (déstockage de C). Il est certain que cette perturbation a généré des pertes de C mais il faut aussi prendre en considération les conditions climatiques qui ont caractérisé cette période, notamment la sécheresse printanière de 2011- 2012 (- 77 % et - 27 % par rapport à 2013). La prairie non retournée (traitement qui représente un « témoin ») a enregistré sur cette période une perte de C de l’ordre - 116 g C/m2/an, ce qui confirme la grande sensibilité des processus de turnover des MOS aux conditions climatiqueset le caractère exceptionnel de cette période.
Ces résultats obtenus en termes de flux devront être corroborés par l’analyse des stocks de carbone du sol sur un pas de temps plus long. En effet, les mesures des flux et bilans de CO
2conduits depuis 2005 sur les deux sites du SOERE-ACBB (résultats non montrés ici) ont permis d’identifier l’impact de différents modes de gestion de la prairie (fauche / pâture, intensification - chargement ani- mal, retournement de la prairie et implémentation de la séquence de cultures annuelles) sur le stockage de C. Tou- tefois, cette approche des flux et bilans ne permet pas de déterminer la stabilité et la résilience du carbone stocké dans le sol, et ne permet donc pas d’évaluer la durabilité ou l’effet à long terme des modes de gestion. L’effet positif de la part des prairies sur les stocks de C et N du sol à moyen terme a été observé et modélisé par VERTÈSet MARY
(2007 et 2014), sur un site où 30 ans de monoculture de Rotations prairies - cultures et réduction des impacts environnementaux de l’agriculture intensive
FIGURE1 : Effet à long terme des cultures annuelles et de 2 rotations cultures annuelles - prairie sur les teneurs en C organique dans un essai de longue durée en Argentine (d’après STUddERTet al., 1997).
FIGURE1 :Long-term effects of annual crops and 2 ley- arable rotations on organic C levels in a long-term experiment in Argentina (after STUDDERTet al., 1997).
R1 : 4 ans de culture + 4 ans de prairie R2 : 6 ans de culture + 2 ans de prairie CA : cultures annuelles Fin de pâturage
Pât. R2 Pâturage R1 C organique du sol (g/kg)
1975 1980 1985 1990 1995 40
35
30
25
CA R2
0 10 20 30 40 50
Années de gestion 0 10 20 30 40 50 Années de gestion 12
10 8 6 4 2 0
C organique du sol (t/ha) C organique du sol (t/ha/an) 1,0
0,8 0,6 0,4 0,2 0
a) b)
Rotation Prairie - cultures Prairie non retournée (g C/m2/an) Praiire ,6ans
(2005-2010) Cultures, 3 ans
(2011-2013) (témoin), 3 ans (2011-2013)
Echange net dʼécosystème (NEE) 476 14 197
Carbone exporté - 453 - 347 - 313
6 1 1 - 3
3 3 - 3
2 )
S C N ( C e d t e n e g a k c o t S
TAbLEAU 1 : Bilan de car- bone d’une prairie de 6 ans et des 3 ans de cul- ture qui lui ont succédé (SENAPATIet al., 2014).
TABLE1 :Carbon balance for a 6-year-old pasture and for the crops grown there the next 3 years (SENAPATIet al., 2014).
FIGURE 2 : Evolution de l’accumulation du carbone organique (a) et taux annuel d’accumulation de C (b) sous prairie (d’après FRANzLUEbbERSet al., 2012).
FIGURE2 :Changes in the accumulation of organic C (a) and the annual rate of C accumulation (b) in pas- tures (after FRANZLUEBBERSet al., 2012).
maïs ont entraîné une perte de 30 % du stock initial de carbone, alors que ce stock s’est maintenu sous prairies permanentes fauchées (figure 3). La teneur initiale élevée en matière organique du sol (environ 4,5 %) et l’exploitation en fauche des prairies expliquent le non-stockage de matière organique même sous prairies permanentes.
Une analyse des échantillons de terre après un cycle de rotation (3 ou 6 ans de prairies suivi par 3 années de cultures, site de Lusignan du dispositif SOERE ACBB) ne montre pas d’effets significatifs de la prairie dans les rota- tions (figure 4a) sur la teneur en C et N des sols sous culture. On note cependant une relation significative entre la durée de la prairie temporaire et la quantité de l’azote potentiellement minéralisable des années du sol sous prairie (figure 4b). Ceci indique que les teneurs en carbone dans les sols ne sont pas forcément une résultante des flux mesurés et que le fonctionnement microbien des sols pourrait être influencé par la présence d’une prairie dans les cultures.
■ Lixiviation de nitrate
Le risque de lixiviation de nitrate est généralement faible si la fertilisation azotée et la charge animale sont maintenues à des niveaux raisonnables et/ou peu inten- sifs (SIMONet al., 1997 ; LEDGARDet al., 2009). Cependant, comme mentionné ci-dessus, le retournement de la prai- rie et le travail du sol peuvent induire des flux de CO
2
important mais aussi une minéralisation de l’azote qui présente potentiellement un risque de lessivage des nitrates (ERIKSEN et JENSEN, 2001 ; VER TÈSet al., 2007).
Sur le site ACBB de Lusignan, KUNRATHet al.(2014) ont évalué la lixiviation de nitrate sous différentes chrono-séquences de rotations prairies - cultures. La concentration en nitrate de l’eau drainée, en moyenne sur huit années de mesure en continu, était beaucoup plus faible sous prairie permanente (prairie non retour- née constituant le « témoin », G) que dans une succession maïs - blé - orge. La qualité des eaux de drainage est bien A. Chabbi et al.
a) b)
Occupation du sol par la prairie (P/(P+CA), %)
Taux de décroissance
de la teneur en C du sol (t/ha/an)
N minéralisé (g/kg) 70
60 50 40 30 20 10 0
1,5 2,0 2,5 3,0
C total du sol (%)
o P/(P+CA) 0%
• P/(P+CA) 100%
0 20 40 60 80 100 0
-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -1,2
FIGURE3 : Part de prairie dans la rotation (P/P+CA) et stock de carbone organique du sol : a) évo- lution à long terme et b) effet sur la minéralisa- tion d’azote (d’après VERTèSet MARY, 2014).
FIGURE 3 : Proportion of pasture included in the rotation (P/P+CA) and storage of organic car- bon in the soil: a) long- term changes and b) effect on N mineralisa- tion (after VERTÈS and MARY, 2014).
FIGURE4 : Evolution de la teneur des sols du SOERE ACBB (site de Lusignan) en C et N (a) et en N minéral potentiel- lement minéralisable (b) après 9 années de traitements.
FIGURE4 :Changes in levels of C, N (a), and potentially mineralisable N (b) in the soils of SOERE ACBB (the Lusignan experimental site) following 9 years of treatments.
maîtrisée sous prairie fauchée même assez largement fertilisée tandis qu’elle peut dépasser largement le seuil de potabilité sous un système de cultures annuelles malgré une fertilisation raisonnée ou conventionnelle, en particu- lier dans les zones à faible lame drainante. Le labour et la remise en culture d’une prairie fauchée ayant 3 ans d’âge n’occasionne pas de surplus de pertes nitriques par rapport à un système entièrement composé de cultures arables.
Ainsi, une rotation de 3 ans de prairies intensives fauchées et 3 ans de cultures (maïs - blé - orge, C3-G3) permet d’abaisser de moitié la teneur moyenne des eaux drainées par rapport à un système arable pur (C, figure 5). La des- truction de prairies de 5-7 ans avant un maïs engendre des flux de minéralisation généralement élevés (150 à 400 kg N/ha, VERTÈSet al., 2007) plus ou moins utilisés selon les cultures suivantes (MORVANet al., 2000) et susceptibles de générer des pertes de nitrates. Néanmoins, rapportées à l’ensemble de la rotation, les pertes moyennes sous rota- tions cultures - prairies (fauchées ou à chargement modéré et non intensif) restent inférieures ou égales aux mêmes cultures en rotations sans prairies (GASCUELet al., 2011).
■ Emission de protoxyde d’azote dans l’atmosphère
Le protoxyde d’azote (N
2O) est produit dans les sols, viales micro-organismes, par des phénomènes de déni- trification (réduction du nitrate NO
3
-en diazote N
2) et de nitrification (transformation de l’ammonium NH
4 + en nitrate NO
3
-). Son émission est fortement liée aux pra- tiques de fertilisation azotée minérale ou organique. Les émissions d’oxyde nitreux provenant des prairies sont généralement faibles mais, dans l’ensemble, peu d’infor- mations sont disponibles sur les émissions de N
2O lors du retournement de prairie et l’implémentation des rota- tions de cultures annuelles.
Les premiers résultats sur le site de Lusignan mon- trent que les flux instantanés de N
2O varient de - 28,7 à 16,2 ng N/m2/s (nanogramme d’azote par mètre carré par
seconde) sur la prairie fauchée (figure 6b), avec une moyenne journalière de 1,37 ± 2,49 ng N/m2/s (± 1s), alors qu’ils varient de - 10,5 à+ 12,2 ng N/m2/s, avec une moyenne journalière de 1,52 ± 1,85 ng N/m2/s pour les rotations prairie - culture (figure 6a). Les flux moyens de N2O, 34 jours après la destruction de la prairie (figure 6a, phase L), sont de 5,43 ± 2,73 ng N/m2/s, alors qu’ils sont pour la même période de 1,32 ± 0,74 ng N/m2/s sur la prairie fauchée (figure 6b). Au cours de la période en maïs, les flux de N
2O du sol varient fortement entre - 1,35 et+ 9,92 ng N/m2/s, avec une moyenne de 1,35 ± 1,44 ng Rotations prairies - cultures et réduction des impacts environnementaux de l’agriculture intensive
B
A
B
CC C
* * * * * * * Maïs
Blé Orge
C : Rotation Culture continue (2005-2013)
C3-G3N+ : Rotation Culture 3 ans (2005-2007) – Prairie N+ 3 ans (2007-2011) – Culture 3 ans (2011…)
G6-C3N+ : Rotation Prairie N+ 6 ans (2005-2011) – Culture 3 ans (2011…) G6-C3N- : Rotation Prairie N- 6 ans (2005-2011) – Culture 3 ans (2011…) G : Prairie N+ en continu (2005-2011…)
* Différence significative entre les traitements pendant les épisodes de drainage A, B, C : Différences très significatives entre les traitements (P > 0,0001) Fertilisation N des prairies : N+ : 200-300 kgN/ha.an, N- : 50 kg N/ha.an Fertilisation moyenne des cultures : maïs : 100-150 kg/ha.an,
blé : 120-150 kg N/ha.an, orge : 100-130 kg N/ha.
Drainage N cumulé (kg N/ha)
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
350 300 250 200 150 100 50 0
Prairie
Prairie
FIGURE5 : Drainage cumulé d’azote nitrique pour différents systèmes de culture (d’après KUNRAThet al., 2014).
FIGURE5 :Cumulative leaching of nitrate in different crop systems (after KUNRATHet al., 2014).
FIGURE6 : Flux journaliers de N2O pour a) une rotation prairie - cultures et b) une prairie continue.
FIGURE6 :Daily flows of N2O in a) a ley-arable rotation and b) a sustained pasture.
N/m2/s. Pour la culture de blé, les flux moyens de N
2O sont proches de ceux observés pour le maïs (1,36 ± 1,37 ng N/m2/s).
Les résultats montrent que le retournement de la prairie engendre une augmentation de l’émission de N2O pendant une période de 4 moispar rapport à une prairie maintenue en fauche. Toutefois, les flux cumulés sur une période d’environ 3 ans sont plus élevés sur la prairie retournée que sur la prairie fauchée (figure 7). Ils sont de 1 767 g N/ha sur les rotations avec prairie et de 1 044 g N/ha sur la prairie fauchée, ce qui correspond à 527 kg d’équivalent C/ha pour la rotation avec prairie labourée et 311 kg d’équivalent C/ha pour la prairie fau- chée. Les quantités élevées de fertilisation azotée reçues par la prairie et le découplage de C et N dans la culture sont probablement la cause majeure des émissions de N2O observées sur les deux systèmes. D’une manière générale, les pertes de N
2O des prairies restent infé- rieures à celles enregistrées sous cultures annuelles eu égard aux doses de fertilisation apportées.
Ces résultats indiquent que les prairies au sein de rotationsde cultures annuelles peuvent être gérées de façon assez intensive (production de 150 ± 58 t MS/
ha/an avec 200-300 kg N/ha/an pour N+) sans perdre leur capacité de régulationdes émissions vers l’atmo- sphère et vers l’hydrosphère. Une plus grande utilisation des légumineuses dans les prairies semées devrait contri- buer à accroître cette capacité de régulation des prairies, non seulement du fait d’une diminution de l’utilisation des engrais azotés mais aussi du fait d’un plus fort cou- plage C-N par la végétation et les microbes du sol (VERTÈS
et al., 2015, cet ouvrage). Des études en cours visent à évaluer les conséquences du couplage C-N dans les diffé- rents compartiments de la matière organique des sols et leur temps de résidence en comparant l’évolution du sol des prairies à base de légumineuses à des graminées for- tement fertilisées, durant la phase « prairie » puis en analysant des arrière-effets de la prairie sur les rotations de cultures annuelles après leur retournement.
Par ailleurs, pour maintenir et à terme augmenter le potentiel de puits de carbone des prairies, il existe deux verrous principaux : (i) une grande incertitude concer- nant la quantification des flux couplés de carbone et d’azote dans les systèmes prairiaux et (ii) un manque d’évaluation des émissions de GES en réponse aux diffé- rentes pratiques agricoles. La résolution de ces deux points nécessite une modélisation intégrée des émissions des GES, du stockage du carbone, tout en prenant en compte les flux C et N liés aux couverts de prairies et cul- tures. Afin de réduire l’incertitude sur les prédictions des émissions de GES et de stockage du C et N dans les agroécosystèmes, une critique des modèles existant et leur confrontation avec des mesures collectées au sein des SOERE s’impose. Ainsi, à l’aide d’un modèle couplé de prairie (PaSIM : VUICHARD et al., 2007 ; GRAUX et al., 2011) et de cultures (CERES-EGC : GABRIELLE et al., 2006), nous pourrons à la fois tester l’impact de différents scénarios de gestion agricoles et de rotations prairies - cultures sur les émissions de GES, mais aussi pour pré- dire l’impact des changements climatiques futurs sur ces mêmes émissions.
Conclusions et perspectives
En raison de leurs atouts, les prairies temporaires semées peuvent jouer un rôle bénéfique dans la durabilité agronomique, économique et environnementale des sys- tèmes de polyculture - élevage en permettant une atténuation importante des impacts environnementaux négatifs liés à l’intensification de la production agricole.
Le défi posé à la recherche dans ce domaine est de maxi- miser l’effet « prairie » sur la séquestration du carbone tout en minimisant i) les risques d’émission de N
2O liés notamment aux apports d’engrais azotés et à la gestion des déjections animales et ii) les inévitables émissions de CO2et les risques de lixiviation du nitrate lors du retour- nement de la prairie. La prairie temporaire présente des services agroécologiques spécifiques comparés aux prai- ries permanentes semi-naturelles. Les cycles prairie - culture, qui la caractérisent, déterminent des impacts spécifiques sur l’environnement physique (cycles de stockage - déstockage des MOS, d’émissions atmosphé- riques) et sur l’environnement biologique (dynamique de la biodiversité) qui dépendent de leurs caractéristiques de durée, de régime d’exploitation (fauche - pâture), du niveau d’intensification (entrées d’azote) et du choix des espèces et variétés implantées, notamment l’équilibre gra- minées - légumineuses et la diversité fonctionnelle.
Afin de développer des techniques de gestion per- mettant de maximiser les services écosystémiques rendus par les prairies temporaires, la compréhension des pro- cessus à court terme et leur modélisation à plus long terme doit être améliorée. Cette amélioration implique la prise en compte de différentes échelles d’espace et de temps, pertinentes pour la gestion des prairies et l’alter- nance entre prairies et cultures et vice versa.
Bien que les avantages des rotations prairies - cul- tures en termes de fertilité et de structure du sol soient A. Chabbi et al.
1767
1044
2010 2011 2012 2013
Flux de N2O cumulé sur 2,5 ans (g N/ha) 1800
1500 1200 900 600 300 0
Prairie fauchée Prairie retournée dans la
rotation de cultures annuelles
FIGURE7 : Flux de N2O cumulé sur 2,5 ans pour une prairie retournée et une prairie fauchée.
FIGURE7 :Cumulative N2O flows for a 2.5-year period for a ploughed-up pasture and a mowed pasture.
connus depuis longtemps, il y a maintenant une conver- gence des observations expérimentales démontrant que de nombreux avantages supplémentaires peuvent résul- ter de la (re)mise en place de prairies au sein du système de grandes cultures, en particulier pour la protection de l’environnement physique et biologique des sols mais aussi pour réduire des pertes de nitrates et les émissions de GES. Cette stratégie offre des opportunités réalistes pour concilier la productivité avec d’autres services éco- systémiques. Jusqu’à présent, les systèmes mixtes de prairies et cultures ont pour la plupart été examinés et mis au point au niveau de l’exploitation, mais des initia- tives existent également à des échelles supérieures, notamment au niveau du territoire, comme exploré par exemple dans le programme ANR Acassya (GASCUELet al., 2015) et dans le projet européen CANTogether (Crop and Animal Together, MORAINEet al., 2014). Cependant, dans la plupart des régions où la production intensive de céréales s’est développée, la production animale a été abandonnée en raison des contraintes de travail et d’une plus faible rentabilité associées à l’élevage puis de la dis- parition locale des filières, tandis qu’à l’inverse l’élevage s’est concentré dans d’autres régions (par exemple le Grand-Ouest) comme expliqué par PEYRAUDet al.(2014).
En l’absence d’herbivores pour valoriser la production d’herbe, il est difficile d’argumenter le maintien ou la réin- troduction des prairies au sein des systèmes agricoles.
Néanmoins, des prospectives en cours étudient l’intérêt et les conditions de mise en œuvre de tels scénarios (par exemple BILLENet al., 2015).
Intervention présentée aux Journées de l’A.F.P.F.,
“La fertilité des sols dans les systèmes fourragers”, les 8 et 9 avril 2015
Remerciements: Nous remercions l’ADEME pour le financement du projet AEGES dans le cadre de l’appel d’offre REACTIFF, l’INRA, INSU et Allenvi pour le financement de base du dispositif ACBB.
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AFPF – Centre Inra – Bât 9 – RD 10 – 78026 Versailles Cedex – France
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